spring boot——使用异步请求，提高系统的吞吐量

2023-10-02 22:11:28

　　前言：

　　在我们的实际生产中，常常会遇到下面的这种情况，某个请求非常耗时(大约5s返回)，当大量的访问该请求的时候，再请求其他服务时，会造成没有连接使用的情况，造成这种现象的主要原因是，我们的容器(tomcat)中线程的数量是一定的，例如500个，当这500个线程都用来请求服务的时候，再有请求进来，就没有多余的连接可用了，只能拒绝连接。要是我们在请求耗时服务的时候，能够异步请求(请求到controller中时，则容器线程直接返回，然后使用系统内部的线程来执行耗时的服务，等到服务有返回的时候，再将请求返回给客户端)，那么系统的吞吐量就会得到很大程度的提升了。当然，大家可以直接使用Hystrix的资源隔离来实现，今天我们的重点是spring mvc是怎么来实现这种异步请求的。

　　一、使用Callable来实现

　　controller如下：

　　@RestController

　　public class HelloController {

　　private static final Logger logger=LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);

　　@Autowired

　　private HelloService hello;

　　@GetMapping("/helloworld")

　　public String helloWorldController() {

　　return hello.sayHello();

　　}

　　/**

　　* 异步调用restful

　　* 当controller返回值是Callable的时候，springmvc就会启动一个线程将Callable交给TaskExecutor去处理

　　* 然后DispatcherServlet还有所有的spring拦截器都退出主线程，然后把response保持打开的状态

　　* 当Callable执行结束之后，springmvc就会重新启动分配一个request请求，然后DispatcherServlet就重新

　　* 调用和处理Callable异步执行的返回结果，然后返回视图

　　* @return

　　@GetMapping("/hello")

　　public Callable helloController() {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");

　　Callable callable=new Callable() {

　　@Override

　　public String call() throws Exception {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");

　　String say=hello.sayHello();

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");

　　return say;

　　}

　　};

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");

　　return callable;

　　}

　　我们首先来看下上面这两个请求的区别

　　下面这个是没有使用异步请求的

　　2021-12-07 18:05:42.351 INFO 3020 --- [nio-8060-exec-5]

　　c.travelsky.controller.HelloController : http-nio-8060-exec-5 进入helloWorldController方法

　　2021-12-07 18:05:42.351 INFO 3020 --- [nio-8060-exec-5]

　　com.travelsky.service.HelloService : http-nio-8060-exec-5 进入sayHello方法!

　　2021-12-07 18:05:44.351 INFO 3020 --- [nio-8060-exec-5]

　　c.travelsky.controller.HelloController : http-nio-8060-exec-5 从helloWorldController方法返回

　　我们可以看到，请求从头到尾都只有一个线程，并且整个请求耗费了2s钟的时间。

　　下面，我们再来看下使用Callable异步请求的结果：

　　2021-12-07 18:11:55.671 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-1]

　　c.travelsky.controller.HelloController : http-nio-8060-exec-1 进入helloController方法

　　2021-12-07 18:11:55.672 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-1]

　　c.travelsky.controller.HelloController : http-nio-8060-exec-1 从helloController方法返回

　　2021-12-07 18:11:55.676 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-1]

　　c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor : http-nio-8060-exec-1 进入

　　afterConcurrentHandlingStarted方法

　　2021-12-07 18:11:55.676 INFO 6196 --- [ MvcAsync1]

　　c.travelsky.controller.HelloController : MvcAsync1 进入call方法

　　2021-12-07 18:11:55.676 INFO 6196 --- [ MvcAsync1]

　　com.travelsky.service.HelloService : MvcAsync1 进入sayHello方法!

　　2021-12-07 18:11:57.677 INFO 6196 --- [ MvcAsync1]

　　c.travelsky.controller.HelloController : MvcAsync1 从helloService方法返回

　　2021-12-07 18:11:57.721 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-2]

　　c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor : http-nio-8060-exec-2服务调用完成，返回结果给客户端

　　从上面的结果中，我们可以看出，容器的线程http-nio-8060-exec-1这个线程进入controller之后，就立即返回了，具体的服务调用是通过MvcAsync2这个线程来做的，当服务执行完要返回后，容器会再启一个新的线程http-nio-8060-exec-2来将结果返回给客户端或浏览器，整个过程response都是打开的，当有返回的时候，再从server端推到response中去。

　　1、异步调用的另一种方式

　　上面的示例是通过callable来实现的异步调用，其实还可以通过WebAsyncTask，也能实现异步调用，下面看示例：

　　@RestController

　　public class HelloController {

　　private static final Logger logger=LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);

　　@Autowired

　　private HelloService hello;

　　/**

　　* 带超时时间的异步请求通过WebAsyncTask自定义客户端超时间

　　* @return

　　@GetMapping("/world")

　　public WebAsyncTask worldController() {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");

　　// 3s钟没返回，则认为超时

　　WebAsyncTask webAsyncTask=new WebAsyncTask<>(3000, new Callable() {

　　@Override

　　public String call() throws Exception {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");

　　String say=hello.sayHello();

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");

　　return say;

　　}

　　});

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");

　　webAsyncTask.onCompletion(new Runnable() {

　　@Override

　　public void run() {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕");

　　}

　　});

　　webAsyncTask.onTimeout(new Callable() {

　　@Override

　　public String call() throws Exception {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");

　　// 超时的时候，直接抛异常，让外层统一处理超时异常

　　throw new TimeoutException("调用超时");

　　}

　　});

　　return webAsyncTask;

　　}

　　/**

　　* 异步调用，异常处理，详细的处理流程见MyExceptionHandler类

　　* @return

　　@GetMapping("/exception")

　　public WebAsyncTask exceptionController() {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");

　　Callable callable=new Callable() {

　　@Override

　　public String call() throws Exception {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");

　　throw new TimeoutException("调用超时!");

　　}

　　};

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");

　　return new WebAsyncTask<>(20000, callable);

　　}

　　运行结果如下：

　　2021-12-07 19:10:26.582 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-4]

　　c.travelsky.controller.HelloController : http-nio-8060-exec-4 进入helloController方法

　　2021-12-07 19:10:26.585 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-4]

　　c.travelsky.controller.HelloController : http-nio-8060-exec-4 从helloController方法返回

　　2021-12-07 19:10:26.589 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-4]

　　c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor : http-nio-8060-exec-4 进入

　　afterConcurrentHandlingStarted方法

　　2021-12-07 19:10:26.591 INFO 6196 --- [ MvcAsync2]

　　c.travelsky.controller.HelloController : MvcAsync2 进入call方法

　　2021-12-07 19:10:26.591 INFO 6196 --- [ MvcAsync2]

　　com.travelsky.service.HelloService : MvcAsync2 进入sayHello方法!

　　2021-12-07 19:10:28.591 INFO 6196 --- [ MvcAsync2]

　　c.travelsky.controller.HelloController : MvcAsync2 从helloService方法返回

　　2021-12-07 19:10:28.600 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-5]

　　c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor : http-nio-8060-exec-5服务调用完成，返回结果给客户端

　　2021-12-07 19:10:28.601 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-5]

　　c.travelsky.controller.HelloController : http-nio-8060-exec-5 执行完毕

　　这种方式和上面的callable方式最大的区别就是，WebAsyncTask支持超时，并且还提供了两个回调函数，分别是onCompletion和onTimeout，顾名思义，这两个回调函数分别在执行完成和超时的时候回调。

　　3、Deferred方式实现异步调用

　　在我们是生产中，往往会遇到这样的情景，controller中调用的方法很多都是和第三方有关的，例如JMS，定时任务，队列等，拿JMS来说，比如controller里面的服务需要从JMS中拿到返回值，才能给客户端返回，而从JMS拿值这个过程也是异步的，这个时候，我们就可以通过Deferred来实现整个的异步调用。

　　首先，我们来模拟一个长时间调用的任务，代码如下：

　　@Component

　　public class LongTimeTask {

　　private final Logger logger=LoggerFactory.getLogger(this.getClass());

　　@Async

　　public void execute(DeferredResult deferred){

　　logger(Thread.currentThread().getName() + "进入 taskService 的 execute方法");

　　try {

　　// 模拟长时间任务调用，睡眠2s

　　TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

　　// 2s后给Deferred发送成功消息，告诉Deferred，我这边已经处理完了，可以返回给客户端了

　　deferred.setResult("world");

　　} catch (InterruptedException e) {

　　e.printStackTrace();

　　}

　　接着，我们就来实现异步调用，controller如下：

　　@RestController

　　public class AsyncDeferredController {

　　private final Logger logger=LoggerFactory.getLogger(this.getClass());

　　private final LongTimeTask taskService;

　　@Autowired

　　public AsyncDeferredController(LongTimeTask taskService) {

　　this.taskService=taskService;

　　}

　　@GetMapping("/deferred")

　　public DeferredResult executeSlowTask() {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + "进入executeSlowTask方法");

　　DeferredResult deferredResult=new DeferredResult<>();

　　// 调用长时间执行任务

　　taskService.execute(deferredResult);

　　// 当长时间任务中使用deferred.setResult("world");这个方法时，会从长时间任务中返回，继续controller里面的流程

　　logger(Thread.currentThread().getName() + "从executeSlowTask方法返回");

　　// 超时的回调方法

　　deferredResult.onTimeout(new Runnable(){

　　@Override

　　public void run() {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");

　　// 返回超时信息

　　deferredResult.setErrorResult("time out!");

　　}

　　});

　　// 处理完成的回调方法，无论是超时还是处理成功，都会进入这个回调方法

　　deferredResult.onCompletion(new Runnable(){

　　@Override

　　public void run() {

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " onCompletion");

　　}

　　});

　　return deferredResult;

　　}

　　执行结果如下：

　　2021-12-07 19:25:40.192 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7]

　　c.t.controller.AsyncDeferredController : http-nio-8060-exec-7进入executeSlowTask方法

　　2021-12-07 19:25:40.193 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7] .s.a.AnnotationAsyncExecutionInterceptor : No TaskExecutor bean found for async processing

　　2021-12-07 19:25:40.194 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7]

　　c.t.controller.AsyncDeferredController : http-nio-8060-exec-7从executeSlowTask方法返回

　　2021-12-07 19:25:40.198 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7]

　　c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor : http-nio-8060-exec-7 进入

　　afterConcurrentHandlingStarted方法

　　2021-12-07 19:25:40.202 INFO 6196 --- [cTaskExecutor-1]

　　com.travelsky.controller.LongTimeTask : SimpleAsyncTaskExecutor-1进入 taskService 的 execute方法

　　2021-12-07 19:25:42.212 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-8]

　　c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor : http-nio-8060-exec-8服务调用完成，返回结果给客户端

　　2021-12-07 19:25:42.213 INFO 6196 --- [nio-8060-exec-8] c.t.controller.AsyncDeferredController : http-nio-8060-exec-8 onCompletion

　　从上面的执行结果不难看出，容器线程会立刻返回，应用程序使用线程池里面的cTaskExecutor-1线程来完成长时间任务的调用，当调用完成后，容器又启了一个连接线程，来返回最终的执行结果。

　　这种异步调用，在容器线程资源非常宝贵的时候，能够大大的提高整个系统的吞吐量。

　　ps：异步调用可以使用AsyncHandlerInterceptor进行拦截，使用示例如下：

　　@Component

　　public class MyAsyncHandlerInterceptor implements AsyncHandlerInterceptor {

　　private static final Logger logger=LoggerFactory.getLogger(MyAsyncHandlerInterceptor.class);

　　@Override

　　public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)

　　throws Exception {

　　return true;

　　}

　　@Override

　　public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler,

　　ModelAndView modelAndView) throws Exception {

　　//HandlerMethod handlerMethod=(HandlerMethod) handler;

　　logger(Thread.currentThread().getName()+ "服务调用完成，返回结果给客户端");

　　}

　　@Override

　　public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex)

　　throws Exception {

　　if(null !=ex){

　　System.out.println("发生异常:"+ex.getMessage());

　　}

　　@Override

　　public void afterConcurrentHandlingStarted(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)

　　throws Exception {

　　// 拦截之后，重新写回数据，将原来的hello world换成如下字符串

　　String resp="my name is chhliu!";

　　response.setContentLength(resp.length());

　　response.getOutputStream().write(resp.getBytes());

　　logger(Thread.currentThread().getName() + " 进入

　　afterConcurrentHandlingStarted方法");

　　}

　　有兴趣的可以了解下，本篇博客的主题是异步调用，其他的相关知识点，会在下一篇博客中进行讲解。

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